【S026】 熱流與能源論壇(學生論文競賽投稿轉投)

Friday, 19 November, 10:40 ~ 12:10, Conference Room ROOM 9
Organizer: Shu-Wei Chang,
Chair: 陳建甫


10:40 ~ 10:55 (15')
0229  利用NSGA-II和有限元素法對Zigzag型微流道印刷是迴路熱交換器分析與最佳化
GENG-CHUN KUO, Jun Yu Xie, Chih-Che Chueh, KAI-JEN CHEN, Shao Che Hung and Wei-Hsin Chen
本研究先探討Zigzag通道的三個設計變數:入口長度(L_e)、彎管角度(θ_b)和導圓角半徑(R_f)對熱交換器性能表現之影響。熱交換器性能的表現可由冷端出口溫度和壓降來評估,但兩者無法同時改善。因二次流的發生能減少熱邊界層的厚度且增加通過壁面的熱通量,研究結果發現三個變數對二次流的強度說明了熱傳性能隨著高L_e低θ_b 、R_f而增強。
為研Zigzag通道的最佳化設計,透過執行NSGA-II求出以冷端出口溫度和壓降為目標函數的多目標最佳化問題。將直通道、蛇形狀和Zigzag形之PCHE通過有效性和壓降比較,並和實驗數據驗證,得出由一柏拉圖特解(∆P=27761.06 Pa、T_co=316.22 K)之Zigzag形PCHE有最高的熱傳性能,且提高139%有效性的同時增加最少壓降。

10:55 ~ 11:10 (15')
0250  由雙蠟燭火焰所構成的非線性振盪器:奇特的火焰同步振盪現象(Nonlinear Oscillator of Two Candle Flames: Fascinating Synchronized Flame Oscillation)
Po-An Wang and Shau-Chun Wang
蠟燭燃燒是日常生活中常見的現象,單枝燃燒時未經前混合的火焰(non-premixed flame)其外型會呈現長度隨時間規律收縮延展的振盪狀態。然而當兩枝並排同時燃燒時,火焰間呈現奇特的同步振盪現象:短距離時的同相性(in-phase)振盪,在較長距離時轉成反相性(anti-phase)。本文針對此振盪進行實驗及學理探討,發現當兩個相鄰蠟燭火焰熱輻射的傳遞效率改變時,固定距離下會因傳導量減少造成相位變換。且變換過程與數值模擬結果符合,驗證先前分岔動力學(bifurcation dynamics)模型的有效性。有助於了解穩定燃燒,開發防火技術。

Candle burning exists in daily life. When a non-premixed flame of single candle burns, its shape is elongated and contacted periodically to oscillate. Fascinating synchronized in-phase oscillation between two adjacent flames occurs when the gap distance is short. Two-flame oscillation converts to antiphase when the distance becomes longer. Our paper reports experimental and theoretical investigations about this oscillator of two candle flames. When the distance between two burning candles remains constant, we observed the phase shift of two-flame oscillation, resulted from the decrease of radiation propagation efficiency. Our study verifies bifurcation dynamics model in the literature. These findings are potentially helpful to understand flame stabilization to develop fire safety technology.

11:10 ~ 11:25 (15')
0282  乳化液珠兩相流場交互作用與對應流變學分析
Yu Chang, Ming-Rui Lu and Szu-I Yeh
本研究旨在利用流場分析探討乳化液珠兩相流體間的交互作用情形,藉由側向鞘流 (sheath flow) 所產生之剪切力差異,探討乳化液珠中內外流場的變化與對應的流變學分析。本研究使用可產生均勻尺寸液珠的單乳化晶片,分別探討液珠生成流率、側向流道角度與鞘流流率對流場的影響。本研究以PIV同時量測微流道內油水兩相流場的變化,並與乳化液珠的型態變化作比對與分析,可得到液珠變形量是影響內部渦旋強度的關鍵,液珠內部之速度梯度隨液珠變形量越大而增高,另外,在渦旋強度增長倍率也隨生成流率增加而增高。本研究成功建立微流道內兩相流場量測技術,並用於乳化液珠之流變學分析,期望能提供未來微流道內乳化液珠操控技術上更進一步的參考資訊。

11:25 ~ 11:40 (15')
0335  高效率螺旋線圈式兩相分離器與參數預測介面開發
Yu Chieh Chen, Yi Chieh Chang and Ya Yu Chiang
過去開發的微型化裝置當中,在下游純化製程與分離時常遭遇無法連續流動、進樣流率範圍受到限制且無法處理高黏度樣本等問題。本研究開發新型的液-液微型化分離器,透過特殊螺旋線圈的設計,可高效率連續分離多種兩相液體,並使用兩種機器學習方式預測流體行為,定義分離器未知的操作範圍,具廣泛適用性、高可控性、快速程序設計與優化,且具平行化生產潛力,可帶來巨大經濟與環保效益,迎合快速變動的經濟市場並實踐綠色化學的願景。

11:40 ~ 11:55 (15')
0340  建築外殼物理特性對台灣連棟住宅冷氣耗電之影響性
Chin-Han Chang, Hao-Min Chang, Chiu-Yu Yeh, Yaw-Shyan Tsay and Yu-Bin Chen
近年已有許多研究利用機器學習,成功來預測建築能耗進而幫助建築設計。然而,機器學習模型通常難以直觀解釋建築設計參數與能耗關係,使節能設計成為知其然而不知其所以然。為了使設計者與業主皆知其所以然,本文嘗試鏈結機器學習模型結果與建築物理特性,以隨機森林演算法建立了台灣住宅類型廣泛之連棟住宅的冷氣耗電預測模型為範例,透過使用特徵重要性與敏感度分析,來探討模型中七種設計參數對於冷氣能耗的影響程度,並綜合討論變量間的物理關係與特徵重要性和敏感度分析之結果。結果不僅成功鏈結模型與物理特性,也發現建築座向和玻璃太陽日射取得率對於冷氣能耗影響最大,其他五個參數則相對不重要。

11:55 ~ 12:10 (15')
0257  有限長圓柱近尾流區的平均相位流場結構
綸 李, 健皇 黃 and 怡均 林
本研究觀察流體經過有限長圓柱後之近尾流區的流場結構。實驗於閉迴路循環直立式水洞中進行,將有限長圓柱設置於水洞透明測試段。有限長圓柱的直徑為6.4 mm,圓柱的長度為160 mm,圓柱頂端嵌入一個厚度為3.2 mm的圓蓋,圓柱展弦比為25,觀察的實驗流場雷諾數為1080。本研究使用質點影像測速儀(PIV)的方法觀察圓柱橫向切平面(YZ平面),在X/D = -10的流場結構。頻譜分析時,我們比較不同觀察點的時序資料,以及對應的特徵頻率,並且將最顯著的特徵頻率視為尾流區的渦旋逸放頻率。本論文呈現的PIV瞬時結果與總時間平均結果分別包含速度場及渦度場,並根據PIV瞬時結果繪製平均相位圖。實驗分析結果顯示,平均相位圖能夠清晰地顯示大規模且重複的渦漩結構,易於觀察流場結構週期擺動的特性。